CN108572443A - 一种可展开空间望远镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空间望远镜技术领域，针对现有空间望远镜体积、质量过大的问题，提供一种可展开空间望远镜。其包括次镜组件、主镜组件、调焦机构、相机以及用于抑制杂光的遮光罩组件；所述次镜组件包括次镜座和设置在次镜座内部的次镜，所述主镜组件包括主镜座和设置在主镜座内部的主镜；其特征在于：还包括次镜展开机构；所述次镜展开机构包括锁紧释放装置、弹出组件和第一弹性连接组件；所述锁紧释放装置用于将主镜座和次镜座相连或断开；所述弹出组件用于在锁紧释放装置断开主镜座和次镜座的连接时，将次镜座弹开；所述第一弹性连接组件用于刚性连接主镜座和次镜座。

Description

一种可展开空间望远镜
技术领域
本发明涉及空间望远镜技术领域，具体涉及一种可展开空间望远镜。
背景技术
为了获得具有高分辨率的图像，地球观测工作都是大型和超大型空间望远镜的研究领域。因此，在太空搭建和启动这样的卫星系统，大多装备大孔径的空间望远镜，这往往导致卫星系统的质量和体积过大，不仅增加了向太空携带望远镜的困难，还很大程度的增加了发射成本。
为了解决这个问题，世界各国将基于微纳卫星平台搭载大口径高分辨率空间望远镜的技术作为突破口。其中，一个非常重要的研究领域是：以微纳卫星平台为基础，搭载具有整体包络尺寸小、重量轻等特点的轻量型空间望远镜，实现在几百公里的轨道高空捕获半米级地面分辨率的卫星图像。但是，现今超稳定结构的整体轻量型空间望远镜无法良好地满足微纳卫星平台的尺寸、载荷搭载要求。
因此，新结构形式的具有体积小、轻量化、灵活性高以及分辨率高的轻量型空间望远镜已经成为本领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的是克服现有空间望远镜体积、质量过大的不足，而提供一种可展开空间望远镜，减小了空间望远镜的体积和质量，降低发射成本，获得具有高分辨率的图像。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种可展开空间望远镜，包括次镜组件、主镜组件、调焦机构、相机以及用于抑制杂光的遮光罩组件；所述次镜组件包括次镜座和设置在次镜座内部的次镜，所述主镜组件包括主镜座和设置在主镜座内部的主镜；其特殊之处在于：还包括次镜展开机构；所述次镜展开机构包括锁紧释放装置、弹出组件和第一弹性连接组件；所述锁紧释放装置用于将主镜座和次镜座相连或断开；所述弹出组件用于在锁紧释放装置断开主镜座和次镜座的连接时，将次镜座弹开；所述第一弹性连接组件用于刚性连接主镜座和次镜座。
进一步地，上述次镜座与主镜座均为圆盘结构；所述第一弹性连接组件包括下支架、上支架和第一带弹簧，所述下支架至少为三个且均布于主镜座上表面周缘，其一端与主镜座固连，另一端朝向次镜座；所述上支架的数量与下支架相同，其位置对应下支架的位置且均布于次镜座周向外壁，其一端与次镜座固连，另一端朝向主镜座；第一带弹簧的两端分别连接相对应的上支架与下支架。
进一步地，上述弹出组件包括设置在主镜座上表面中部的中心轴筒，以及套装在中心轴筒上的伸缩弹簧。
进一步地，上述弹出组件还包括主镜遮光罩，主镜遮光罩由遮光布沿伸缩弹簧环绕而成，其可随伸缩弹簧伸缩。
进一步地，上述锁紧释放装置包括收紧组件和连接解锁机构；所述收紧组件包括至少两个次镜收紧组件，次镜收紧组件均布在次镜座上，且位于相邻两个上支架之间；所述次镜收紧组件包括外壳、滚轴、发条弹簧、带弹簧和螺栓；外壳朝向连接解锁机构的一侧设有开口，滚轴设置在外壳内，发条弹簧套装在滚轴上，带弹簧的一端与发条弹簧固连，另一端与螺栓的头部固连；连接解锁机构设置在主镜座上表面，其位置与收紧组件的位置相对应；螺栓与连接解锁机构螺纹连接。
进一步地，上述遮光罩组件包括第一环形支架、第二环形支架、第二弹性连接组件、第一遮光罩和套筒；第二环形支架安装在主镜座上；第一环形支架与第二环形支架平行间隔设置，并通过至少三个第二弹性连接组件连接；第一遮光罩由遮光布沿第一环形支架和第二环形支架环绕而成；套筒的一端与第一环形支架固连，其轴线与第一环形支架、第二环形支架的轴线重合。
进一步地，上述第二弹性连接组件包括安装在第一环形支架上的第一支架、安装在第二环形支架上的第二支架以及连接第一支架和第二支架的第二带弹簧。
进一步地，上述收紧组件还包括至少两个遮光罩收紧组件，遮光罩收紧组件均布在第一环形支架上，且位于相邻两个第一支架之间；所述遮光罩收紧组件和次镜收紧组件结构相同，螺栓均采用分离螺栓，遮光罩收紧组件的分离螺栓与次镜收紧组件的分离螺栓合并成为完整的螺栓后与连接解锁机构螺纹连接。
进一步地，上述第一带弹簧和第二带弹簧均采用85#弹簧刚片。
进一步地，上述套筒与第一环形支架一体成型或焊接而成。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明提供的轻量型的可展开空间望远镜进入预定高度轨道后展开工作，相比之前传统的超稳定结构形式，它可以简化连接机构，减少使用材料。同时，轻量型可展开空间望远镜不仅可以缩小包络尺寸、减轻重量、降低发射成本，还可以满足微纳卫星平台载荷搭载要求，并实现高分辨率观测这一重要指标。
2、通过次镜和遮光罩的可展开结构使得遮光罩与次镜同时展开，减少了锁紧释放装置数量，减轻了望远镜质量，有效降低了发射成本。
3、可展开折叠，利用带弹簧储备的弹性势能展开遮光罩，无需安装电机，减轻了望远镜整体质量。同时，利用带弹簧刚性使结构展开后自动锁定，无需安装锁定装置，结构简单。
4、锁紧释放装置进行锁紧释放，冲击力小、无污染、可重复使用。
5、可展开空间望远镜整体体积小，便于微小卫星承载大口径长焦距的高分辨率相机，有利于实现高分辨率观测。
附图说明
图1是本发明可展开空间望远镜一个实施例安装在望远镜固定架上的整体结构示意图(剖去四分之一第一遮光罩)；
图2是图1实施例中次镜展开机构的结构示意图；
图3是图1实施例中遮光罩组件的结构示意图(剖去四分之一第一遮光罩)；
图4是图1实施例次镜展开机构的次镜收紧组件结构示意图；
图5是图4收紧组件的分离螺栓释放后收缩至壳体内的结构示意图；
图6是图1实施例次镜展开机构的连接解锁机构结构示意图(连接有分离螺栓)。
图中各标号的说明如下：
1—次镜组件；2—主镜组件；3—调焦机构；4—相机；
5—次镜展开机构，
5111—遮光罩收紧组件、5112—次镜收紧组件，5113—外壳、5114—滚轴、5115—发条弹簧、5116—带弹簧、5117—分离螺栓；512—连接解锁机构；
52—弹出组件，521—中心轴筒、522—主镜遮光罩；
53—第一弹性连接组件，531—下支架、532—上支架、533—第一带弹簧；
6—遮光罩组件，
61—第一环形支架，62—第二环形支架，
63—第二弹性连接组件，631—第一支架、632—第二支架、633—第二带弹簧；
64—第一遮光罩、65—套筒；
7—望远镜固定架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例提供一种可展开空间望远镜，其安装在望远镜固定架7上，参照图1至图3，包括次镜组件1、主镜组件2、调焦机构3、相机4、次镜展开机构5和遮光罩组件6；次镜组件1包括次镜座和设置在次镜座内部的次镜，主镜组件2包括主镜座和设置在主镜座内部的主镜；次镜座与主镜座均为圆盘结构。
参见图1、图2，次镜展开机构5包括锁紧释放装置、弹出组件52和第一弹性连接组件53。第一弹性连接组件53包括下支架531、上支架532和第一带弹簧533，用于刚性连接主镜座和次镜座。下支架531为六个且均布于主镜座上表面周缘，其一端与主镜座固连，另一端朝向次镜座；上支架532的数量与下支架531相同，其位置对应下支架531的位置且均布于次镜座周向外壁，其一端与次镜座固连，另一端朝向主镜座；第一带弹簧533的两端分别连接相对应的上支架532与下支架531。
锁紧释放装置包括收紧组件和连接解锁机构512，用于将主镜座和次镜座相连或断开。
参见图2至图5，收紧组件包括三个遮光罩收紧组件5111和三个次镜收紧组件5112，遮光罩收紧组件5111均布在第一环形支架61上，且位于相邻两个第一支架631之间；次镜收紧组件5112均布在次镜座上，且位于相邻两个上支架532之间。遮光罩收紧组件5111和次镜收紧组件5112结构相同，如图4、图5所示，均包括外壳5113、滚轴5114、发条弹簧5115、带弹簧5116和分离螺栓5117；外壳5113朝向连接解锁机构512的一侧设有开口，滚轴5114设置在外壳5113内，发条弹簧5115套装在滚轴5114上，带弹簧5116的一端与发条弹簧5115固连，另一端与分离螺栓5117的头部固连。带弹簧5116从外壳5113内伸出可使发条弹簧5115储能。
参见图1、图2，连接解锁机构512设置在主镜座上表面，其位置与遮光罩收紧组件5111和次镜收紧组件5112的位置相对应；遮光罩收紧组件5111的分离螺栓5117与次镜收紧组件5112的分离螺栓5117合并成为完整的螺栓后与连接解锁机构512螺纹连接。
连接解锁机构512用于连接和释放由分离螺栓5117合并后的螺栓，其包括分瓣螺母、约束装置和复位弹簧驱动装置等。连接解锁机构512不是本专利所要保护的内容，在这不详细展开描述，且该结构已经申报过专利，如北京航空航天大学申报的SMA丝驱动的连接与解锁机构(公开号为CN 101665156A、CN 102910299 A)，当然还可采用其他连接解锁机构。
参见图2，弹出组件52用于在锁紧释放装置断开主镜座和次镜座的连接时，将次镜座弹开；其包括设置在主镜座上表面中部的中心轴筒521、套装在中心轴筒521上的伸缩弹簧以及主镜遮光罩522，主镜遮光罩522由遮光布沿伸缩弹簧环绕而成，其可随伸缩弹簧伸缩。
遮光罩组件6用于抑制杂散光，从而提高相机4成像质量，如图3所示，包括第一环形支架61、第二环形支架62、第二弹性连接组件63、第一遮光罩64和套筒65。参见图1、图3，第二环形支架62安装在主镜座上；第一环形支架61与第二环形支架632平行间隔设置，并通过三个第二弹性连接组件63连接；第二弹性连接组件63包括安装在第一环形支架61上的第一支架631、安装在第二环形支架62上的第二支架632以及连接第一支架631和第二支架632的第二带弹簧633。
第一遮光罩64由遮光布沿第一环形支架61和第二环形支架62环绕而成；套筒65与第一环形支架61作为一个整体一体成型，第一环形支架61与套筒65的一端固连，即第一环形支架61为套筒65的法兰部分，套筒65的轴线与第一环形支架61、第二环形支架62的轴线重合。
在发射阶段，可展开空间望远镜处于折叠状态，折叠结构包括次镜可展开结构和可展开遮光罩结构，折叠结构通过锁紧释放装置进行锁紧，防止发射阶段冲击使结构展开。
卫星到达工作轨道后，连接解锁机构通电释放分瓣螺母，通过第一、第二带弹簧和伸缩弹簧驱动结构展开，次镜及套筒到达指定位置后，望远镜进行成像工作。

Claims (10)

1.一种可展开空间望远镜，包括次镜组件(1)、主镜组件(2)、调焦机构(3)、相机(4)以及用于抑制杂光的遮光罩组件(6)；所述次镜组件(1)包括次镜座和设置在次镜座内部的次镜，所述主镜组件(2)包括主镜座和设置在主镜座内部的主镜；其特征在于：还包括次镜展开机构(5)；
所述次镜展开机构(5)包括锁紧释放装置、弹出组件(52)和第一弹性连接组件(53)；
所述锁紧释放装置用于将主镜座和次镜座相连或断开；
所述弹出组件(52)用于在锁紧释放装置断开主镜座和次镜座的连接时，将次镜座弹开；
所述第一弹性连接组件(53)用于刚性连接主镜座和次镜座。
2.根据权利要求1所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述次镜座与主镜座均为圆盘结构；
所述第一弹性连接组件(53)包括下支架(531)、上支架(532)和第一带弹簧(533)，
所述下支架(531)至少为三个且均布于主镜座上表面周缘，其一端与主镜座固连，另一端朝向次镜座；
所述上支架(532)的数量与下支架(531)相同，其位置对应下支架(531)的位置且均布于次镜座周向外壁，其一端与次镜座固连，另一端朝向主镜座；
第一带弹簧(533)的两端分别连接相对应的上支架(532)与下支架(531)。
3.根据权利要求2所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述弹出组件(52)包括设置在主镜座上表面中部的中心轴筒(521)，以及套装在中心轴筒(521)上的伸缩弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述弹出组件(52)还包括主镜遮光罩(522)，主镜遮光罩(522)由遮光布沿伸缩弹簧环绕而成，其可随伸缩弹簧伸缩。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述锁紧释放装置包括收紧组件和连接解锁机构(512)；
所述收紧组件包括至少两个次镜收紧组件(5112)，次镜收紧组件(5112)均布在次镜座上，且位于相邻两个上支架(532)之间；
所述次镜收紧组件(5112)包括外壳(5113)、滚轴(5114)、发条弹簧(5115)、带弹簧(5116)和螺栓；外壳(5113)朝向连接解锁机构(512)的一侧设有开口，滚轴(5114)设置在外壳(5113)内，发条弹簧(5115)套装在滚轴(5114)上，带弹簧(5116)的一端与发条弹簧(5115)固连，另一端与螺栓的头部固连；
连接解锁机构(512)设置在主镜座上表面，其位置与收紧组件的位置相对应；螺栓与连接解锁机构(512)螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述遮光罩组件(6)包括第一环形支架(61)、第二环形支架(62)、第二弹性连接组件(63)、第一遮光罩(64)和套筒(65)；
第二环形支架(62)安装在主镜座上；第一环形支架(61)与第二环形支架(632)平行间隔设置，并通过至少三个第二弹性连接组件(63)连接；
第一遮光罩(64)由遮光布沿第一环形支架(61)和第二环形支架(62)环绕而成；
套筒(65)的一端与第一环形支架(61)固连，其轴线与第一环形支架(61)、第二环形支架(62)的轴线重合。
7.根据权利要求6所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述第二弹性连接组件(63)包括安装在第一环形支架(61)上的第一支架(631)、安装在第二环形支架(62)上的第二支架(632)以及连接第一支架(631)和第二支架(632)的第二带弹簧(633)。
8.根据权利要求7所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述收紧组件还包括至少两个遮光罩收紧组件(5111)，遮光罩收紧组件(5111)均布在第一环形支架(61)上，且位于相邻两个第一支架(631)之间；
所述遮光罩收紧组件(5111)和次镜收紧组件(5112)结构相同，螺栓均采用分离螺栓(5117)，
遮光罩收紧组件(5111)的分离螺栓(5117)与次镜收紧组件(5112)的分离螺栓(5117)合并成为完整的螺栓后与连接解锁机构(512)螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述第一带弹簧(533)和第二带弹簧(633)均采用85#弹簧刚片。
10.根据权利要求6至9任一所述的一种可展开空间望远镜，其特征在于：所述套筒(65)与第一环形支架(61)一体成型或焊接而成。
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